1、全国火电 600MW 机组技术协作会第十三届年会论文集 汽机21国产 1800HVCX 型立式斜流循环泵密封结构研究与改进杨庆学（元宝山发电有限责任公司 内蒙 赤峰 024070）【摘 要】 本文通过对元宝山 600MW 机组 1800HVCX 型立式斜流循环泵进行技术改进，成功解决了引进型大型斜流泵长期以来困扰制造厂家和使用单位的技术难题，针对该类型水泵的设计、制造及现场技术改造，具有较深远的意义。【关键词】 立式斜流泵 密封结构 研究 改进1 引言近年来随着中国工业科技的高速发展，在各项工程中作为重要辅机设备的水泵，其设计制造的科技含量在工程项目中起着至关重要的作用。其中大型斜流水泵在电厂
2、和水利工程中都担负着重要作用，我国现阶段生产的大型斜流泵都是引进国外技术生产的。 H 型立式斜流泵,是我国引进国外先进技术发展起来的新品种。立式斜流泵特别适合作电厂循环水泵之用，也可以作钢铁厂、船坞等各工业输水泵及城市送水、排污盐田输卤、排水和农田排灌泵等之用。目前，国内 600MW 机组循环水泵大多都采用的是大型斜流泵，其特点是运行稳定、故障少，但因设计先天不足，加之中国现在机械加工水平的限制，在使用过程中出现了很多问题，严重的甚至影响到机组的安全稳定运行。以我公司国产 600MW 机组为例，1998 年投入运行的循环水泵在达到大修期时，因壳体变形无法拆卸，以至于已经磨损的导向轴承、填料轴套
3、都无法更换，设备被迫在带病的情况下运行，如果设备故障停运，机组无法短时间内恢复运行。2 1800HVCX 型斜流泵结构特性简介及存在问题分析2.1 结构特性简介元宝山发电有限责任公司#3 机组（国产 600MW）循环水系统设有两台国产立式斜流循环水泵，水泵型号:1800HVCX；流量:30600 立方米/小时；扬程:23 米水柱；转速:370 转/分；效率:87%；功率:2300KW。水泵整体结构由外壳、内筒体及转子结合部组成。泵组正常检修时，将内筒体及转子结合部整体逐渐抽出，同时逐段分解，最终抽出转子实现水泵的全面解体大修。该类型水泵的泵机连接方式为双基础，即机泵安装在各自的基础上，其中泵的
4、吐出口管在泵基础上。水泵可分为转子(叶轮轴护管轴承轴承等)和导叶体可抽出的双壳式，这种可抽出的双壳式就引出一个问题，即如何在确保能够正常检修的前提下实现双壳之间的密封，该类型水泵原设计内外壳之间采用基孔制间隙配合，密封面处加装胶圈的密封型式，这样的密封型式有两个明显的缺全国火电 600MW 机组技术协作会第十三届年会论文集 汽机22陷：第一，密封效果不好，上下层之间漏泄；第二，因密封效果不好，漏泄介质中的泥沙滞留在配合面处，积少成多，在下一次检修时不能分解。2.2 设备存在的主要问题分析2.2.1 水泵运行情况我公司的 1800HVCX 型立式斜流泵于 1998 年 4 月份投入运行，初期水泵
5、各项参数符合设计标准。自 1998 年 11 月水泵运行时噪音和振动呈增大趋势，1999 年利用机组小修时进入入口流道检查水泵叶轮和下导向轴承，发现两台水泵下导向轴承紧固螺栓均松动，紧固并加防松垫片后投入运行，振动和噪音有所缓解。2001 至 2003 年间，我公司对两台循环泵进行计划大修的过程中，均由于内筒体无法抽出而未能对水泵进行解体大修。随着水泵运行时间的增长，水泵噪音及振动值等指标已出现明显的增长趋势，水泵运行过程中轴瓦的间隙及轴套、轴承等部件使用状态无法掌握，对循环泵及机组的安全稳定运行构成严重威胁。2.2.2 设备问题分析1800HVCX 型立式斜流泵整体结构（图 1）由外壳、内筒
6、体及转子结合部组成，水泵内筒体与外壳间设有两道密封，用以隔离水泵出入口和径向辅助支撑，水泵外壳与内筒体间靠较小的间隙及密封胶条实现密封。设备存在问题如下:图（1）全国火电 600MW 机组技术协作会第十三届年会论文集 汽机231）水泵在正常检修时内筒体无法抽出我公司于 2002 年至 2003 年对两台水泵进行解体大修时发现：在按照厂家规定的检修工艺进行解体时，由于外壳与内筒存在严重的相对变形，致使水泵密封环研住，水泵内筒体无法抽出。经分析产生变形的主要原因是：水泵原始设计两层基础，灌浆浇铸后，外力导致水泵外壳体产生严重变形，挤压内筒体；循环水质较差，长时间运行大量於泥、杂质进入密封间隙内将内
7、外筒体研住；密封环为铸件，如安装前应力未能完全消除，使用后发生应力释放产生变形的可能性较大，上述原因均能导致内筒体与外壳体研住，影响泵组正常检修工作的进行。2）水泵密封环设计不合理水泵密封环与筒体间隙原设计为 1mm，间隙设计过小，直径约 2700mm 的部件，在制造、安装过程中很容易产生变形；原设计密封环与壳体密封圈之间采用 8mm 的密封胶条密封，胶条密封紧力仅为 0.3-0.5mm，水泵运行中难免产生密封漏泄现象，如果下密封环密封漏泄，水泵出口与入口串通，影响水泵出力及经济性；上密封环密封漏泄，导致水泵出口水沿上大盖外漏，影响水泵安全运行；另外，原始密封结构严重影响检修质量，由于原密封环
8、是在外圆开槽并加装密封胶条，在水泵筒体回落过程中，重大的内筒体很难避免与外壳体刮碰，损坏密封胶条，破坏正常密封性能；上述问题不仅给机组安全运行带来隐患,而且也不利于机组的经济运行，密封性能得不到有效控制，运行中密封一旦漏泄，不能进行及时、有效的处理，影响设备的安全稳定运行，水泵实际效率低于水泵设计效率。3）水泵噪音及振动日益增大，水泵部件使用状态不清水泵自 1997 年投产后始终未能实现全面解体大修，由于水泵密封结构的不合理，导致内筒体受到不平衡挤压力，水泵转子偏斜，运行中的不平衡径向力致使水泵强烈振动；水泵轴瓦间隙无法进行检查、测量、调整，泵内部件汽蚀及磨损情况无法进行检查，转子部件使用状态
9、不清，由于水泵系统庞大，整套设备及主要部件无备品，大型部件制作周期较长，水泵一旦发生事故后果会十分严重，很可能造成整个泵组瘫痪，在较短时间内将很难恢复运行，直接影响机组发电量及安全稳定运行，甚至长时间停运，会造成严重的经济损失。针对上述问题，国内诸多水泵厂家一直潜心研究，寻找更为适宜的密封结构。有些水泵厂采用增加胶圈压缩量的方法，即增加密封胶圈直径，这种方式容易造成胶圈安装时研坏，加重漏泄。也有减小配合间隙的做法，这种方法在生产中发现由于间隙的变小使拆卸更加困难。诸如此类的研究方向还有很多，但都没有彻底解决这个问题。3 改造方案设计及实施1800HVCX 型立式斜流循环泵原始设计结构采用内筒外
10、壳结构，根据水泵存在问题，只有在总体结构不变的基础上进行改进，才能节约资金，在较短时间内解决设备存在问题。循环泵密封结构改造由元宝山发电有限责任公司自行设计，安装调试，改造备件委托专业厂家进行制造。为解决设备问题，又能节约改造资金和时间，经过认真的分析、研究、论证最终确定改造设计方案如下(图 2、图 3)：全国火电 600MW 机组技术协作会第十三届年会论文集 汽机24图 2 上密封环改造图 3 下密封环改造全国火电 600MW 机组技术协作会第十三届年会论文集 汽机253.1 方案设计认真分析研究水泵存在的问题，按照相关泵业标准，研究论证并出台改造方案，设计绘制循环泵改造结构图纸、部件加工图
11、纸、装配图纸；寻找专业厂家制作改造备件，并根据 ISO 9001-2000国际标准改进行造备件的监督与验收。3.1.1 造成循环泵缺陷的根本原因是密封结构不合理，原密封结构设计的密封间隙较小，要针对密封环结构进行改造。较小的密封间隙，一方面导致内外筒体研死，无法进行设备解体大修，另一方面水泵筒体变形后，对水泵转子施加挤压力，致使水泵转子产生不平衡径向力，水泵运行中产生振动。本次改造设计从改进密封方式、增大密封间隙、改善转子运行受力、改进检修安装工艺等方面入手，以降低改造费用、保持原循环水泵运行性能为基础，进行合理、科学的改造。3.1.2 改造设计保留原外壳体，优化设计水泵内外筒体密封环结构，结
12、构采用密封环与密封压盖成套配用的典型密封方式，改造后密封环单侧间隙 2mm,密封胶圈选择氟胶 22mm 氟橡胶胶圈，下密封环和压盖最小内径尺寸为 2475mm，上密封环和压盖最小内径尺寸为 2515mm,密封环和压盖法兰厚度为 30mm,上下密封环与外筒体配合面宽度为 20mm，上下整体密封环加工为 106mm 的倒角。3.1.3 改造设计更改上下密封环原材质，上下密封环材质选用 ZG0Cr13Ni4MoR，针对泵内循环水，材质具有较好的抗腐蚀性能，在产生研磨的情况下，产生粉沫状金属颗粒，不会产生毛刺积聚；上下密封环在加工过程中椭圆度小于 0.2mm,同心度小于 0.12mm,密封部位粗糙度为
13、3.2；加装的上下密封环压盖根据水泵变径管、内吐出弯管及外筒体实际尺寸进行设计，为方便检修，密封环压盖设计为 6 瓣件(按设计尺寸整体加工后，使用专用锯床等分为 6 份)，把合后相邻压盖间隙为31mm,每块压盖上配有两个 M24 的顶丝孔(检修分解时用)，密封压盖材质选用 ZG2Cr13；密封环及密封压盖紧固螺栓材质选用 2Cr13。按照国家标准，所有铸件进行调质处理。3.1.4 重新设计制作变径管、内吐出弯管，计算轴向装配尺寸，进行加工尺寸的设计、校核，变径管、内吐出弯管材质选用 Q235-A.F，防松垫片材质选用 2Cr13，按照国家标准，焊接件做消除应力处理。3.2 改造方案的实施整个改
14、造工作采取水泵非破坏性解体方案，在外筒体开人孔进入上下密封环的空间，整圈割除原密封环内部联接筋板，以便顺利分解内筒体，完成了两台循环泵分解工作后，开始进行循环泵部件检修、改造部件安装调整，整个改造工作历时 30 天。改造后循环泵顺利投入正常运行，实现了一次启动成功的目标。到目前循环泵没有发生因设计、施工质量问题造成的设备缺陷和异常，循环泵运行稳定。4 结论通过对#3 机组两台立式斜流循环泵密封环的改造，消除了原设备因先天不足产生的缺陷和安全隐患，极大地方便了设备检修，系统投入运行后，故障率大大降低，没有发生因改造及检修原因造成的任何故障。在设计上，整个循环泵密封环科学合理，保留了原有设备的性能
15、，未因改造影响设备的效率。在方案设计、部件设计、非破坏性分解工艺等方面都体现出较好的设计思想，改造设全国火电 600MW 机组技术协作会第十三届年会论文集 汽机26计中充分体考虑原设备结构性能、系统特性和设备工况，既消除了设备缺陷，又便于检修和维护。实践证明，立式斜流循环泵改造在合理的投资下消除了设备先天缺陷，确保了循环泵的安全运行，主要体现在以下两个方面：（1）元宝山发电有限责任公司国产 600MW 机组 1800HVCX 型斜流循环泵密封结构改造后能够满足运行要求，其优化设计方案是成功的。（2）1800HVCX 型立式斜流泵密封结构的优化设计，为国内立式斜流水泵的设计和安装提供了新思路。参考文献：1 沈阳水泵研究所，叶片泵设计手册，1983；2 辽宁科学技术出版社，东北电业管理局，火力发使用技术手册，1988；3 重庆电力学校，候文纲，工程流体力学 泵与风机，1979；4 沈阳泵业股份有限公司，1800HVCX 型立式斜流泵说明书。作者简介：作者：杨庆学职称：工程师从事专业：汽机检修工作单位：元宝山发电有限责任公司汽机分公司地址：内蒙 赤峰市 元宝山发电有限责任公司邮编：024070
